maanantai, 23. toukokuu 2016

Fyysikot löysivät valon uuden muodon

mads.gif

 

Trinity Collegen tutkijat Dublinissa Irlannissa ovat löytäneet ennestään tuntemattoman valon muodon, Phys.org kertoo. Löytö vaikuttaa syvällisesti käsitykseen valon perimmäisestä luonteesta.

Yksi valonsäteen mitattavista ominaisuuksista on sen liikemäärämomentti. Tähän saakka on ajateltu, että kaikki mahdolliset valon liikemäärämomentit ovat Planckin vakion monikertoja.

Trinity Collegen professori John Donegan, apulaisprofessori Paul Eastham sekä tutkija Kyle Ballantine löysivät tuoreessa tutkimuksessaan valoa, jonka jokaisen fotonin liikemäärämomentti on vain puolet Planckin vakiosta. Ero aiempaan on pieni, mutta perustavanlaatuinen. Tutkimus julkaistiin äskettäin Science Advances -lehdessä.

– Tutkimukseni keskittyy nanofotoniikkaan, joka käsittelee valon käyttäytymistä nanometriskaalassa. Valonsäde määritellään aallonpituuden lisäksi sen liikemäärämomentin perusteella. Liikemäärämomentti kertoo, kuinka paljon jokin pyörii ympäri. Sen lisäksi että valonsäde kulkee eteenpäin se voi samanaikaisesti kulkea oman akselinsa ympäri, professori John Donegan selittää.

– Meitä kiinnostavat valon käyttäytymismuutokset ja se, miten tätä voisi hyödyntää. Tutkimustuloksessamme on erityisen jännittävää, että valon pysyvänä ominaisuutena pidetty asia voikin muuttua, Eastham luonnehtii. – Tuloksellamme on suoria vaikutuksia valoaaltojen tutkimukseen esimerkiksi optisen tietoliikenteen alalla.

Tutkijoita auttoi tuoreessa löydössään samassa yliopistossa lähes 200 vuotta sitten löydetty ilmiö. Matemaatikko William Rowan Hamilton ja fyysikko Humhrey Lloyd huomasivat 1830-luvulla, että kulkiessaan tietynlaisten kiteiden läpi valonsäde muuttuu ontoksi sylinteriksi.  Tutkimusryhmä käytti nyt ilmiötä hyväkseen saadakseen aikaan korkkiruuvimaisesti kulkevia valonsäteitä.

Tutkijat ennustivat analysoimalla säteitä kvanttimekaniikan teorian avulla fotonien liikemäärämomentin olevan puoliluku. He suunnittelivat kokeen todistaakseen asian käytännössä.

Teoreettiset fyysikot ovat 1980-luvulta lähtien spekuloineet, miten kvanttifysiikan ilmiöt toimisivat, jos hiukkaset olisivat vapaita liikkumaan vain kahdessa tai kolmessa aika-avaruuden ulottuvuudessa. He havaitsivat, että tämä toisi outoja uusia mahdollisuuksia, joiden joukossa ovat kvanttiluvultaan murto-osia olevat hiukkaset. Tuore tutkimus osoittaa ensi kerran näistä spekulaatioista voivan tulla totta ainakin valolla.